机床的了解.docx
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机床的了解
传统通用机床
传统的金属切削加工设备,常用的有车床、铣床、钻床、镗床、滚齿机、刨床、磨床等大类。
其加工能力范围一般是按机床的主轴〔卡盘、工具〕直径、加工长度行程、工作台的规格等来计算,譬如车床是以卡盘最大加工直径及加工长度,铣床是以工作台的规格,钻床是以工具直径、镗床是以主轴直径、加工长度行程、工作台的规格、滚齿机是以工作台的规格、刨床、磨床是以工作台的规格等来确定理论上的加工能力范围,而实际在使用中由于种种因素要小于或少于理论上的加工能力范围
车、铣、钻、镗、刨、磨的工序加工有相同处,都是金属切除,但其金属切除的方式方法和结果是不同的。
+车是工件旋转,适用于对圆柱体工件的外外表及罗纹和内孔加工,主要类型有立、卧之分,主要加工对象是轴类和盘类零件,
+铣是刀具旋转,适用于对工件的平面及凹槽加工,并具有钻、镗等功能,工作台可以纵向及横向运动,配以必要的机床辅件其加工功能范围也相应增加,主要类型有立、卧、立卧两用〔万能铣〕之分,
+钻是刀具旋转,适用于对工件的平面钻孔加工,主要类型有立、立卧两用〔万向钻〕之分
+镗是刀具旋转,适用于对工件的铣、钻、镗加工,工作台可以纵向及横向运动,并可以旋转,主要类型是卧镗、立式主要是坐标镗床
+刨是工件往复运动,适用于对工件的外外表及凹槽加工,主要类型有牛头刨、单臂刨、双臂刨〔龙门刨〕、插床
+磨是砂轮旋转,工件往复或旋转运动,适用于对工件的平面或圆柱体外表加工,主要类型有内孔外圆、工具磨
+制齿机类是刀具旋转或往复运动,工件旋转,主要类型有滚齿机、插齿机、刨齿机
根据加工对象的形状、加工部位,精度及工序要求不同,确定由那种加工类型机床来完成其加工工序,其效率和经济性是不同。
传统通用机床对零件的加工,尤其是多工序的零部件,得在多个类型的机床上进行加工,其加工精度,尺寸精度的总体质量对于操作者的技能要求很高,并且和操作者的情绪,状态有关,在批量加工时,其加工精度,尺寸精度无法得到统一(一致性),尤其对几何形状较为复杂的零件加工,更是难以完成。
金属切削加工的发展趋势
如今,随着科学技术的飞速发展,社会对机械产品的结构、性能、精度、效率和品种的要求越来越高,单件与中小批量产品的比重越来越大〔目前已占到70%以上〕,传统的通用、专用机床和工艺装备已经不能很好地适应高质量、高效率、多样化加工的要求,因而,以微电子技术和电脑技术为基础的数控技术,将机械技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通信技术和成组技术等有机地结合在一起,使机器制造行业的生产方式和机器制造技术发生了深刻的、革命性的变化。
当今机床行业的电脑数控化已成为技术进步的大趋势。
数控机床是电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物,它集现代精密机械、电脑、通讯、液压气动、光电等多学科技术为一体,具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点,是当代机械制造业的主流装备。
数控机床大大提高了机械加工的性能〔可以精确加工传统机床无法处理的复杂零件〕。
有效提高了加工质量和效率,实现了柔性自动化〔相对于传统技术基础上的大批量生产的刚性自动化〕,并向智能化、集成化方向发展。
所以,可以毫不夸张地说,〔电脑〕数控技术,是现代先进制造技术的基础和核心。
数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用〔美国的数控机床已占机床总数的80%以上〕,是因为它有效地解决了复杂、精密、小批多变的零件加工问题,能满足高质量、高效益和多品种、小批量的柔性生产方式的要求,适应各种机械产品迅速更新换代的需要,经济效益显著,代表着当今机械加工技术的趋势与潮流,也是现代机械制造企业在市场竞争激烈的条件下生存与发展的必然要求。
在数控机床发展过程中,值得一提的是数控加工中心的出现。
这是一种具有自动换刀装置及自动交换工作台装置的数控机床,它能实现一次装夹并进行多工序加工。
这种机床在刀库中装有钻头、丝锥、铰刀、镗刀等刀具,通过程序指令自动选择刀具,并利用机械手将刀具装在主轴上,这样可大大缩短零件装卸时间和换刀时间。
数控加工中心现在已经成为数控机床中一个非常重要的品种,不仅有立式、卧式等镗铣类加工中心用于箱体类零件的加工,现一发展到五轴联动的加工中心,还有车削加工中心用于回转体零件加工以及磨削加工中心等。
这些高性能、高精度、高自动化的数控机床就组成了完整的数控机床家族。
普通机床、专用机床、数控机床关于加工质量及制造费用的综合比较如下列图;
普通机床
制
零C造专用机床
件专用机床费
批用数控机床
量B
普通机床数控机床
a050100
零件复杂程度零件数量
图A图B
从图A看出
+普通机床承担的是零件批量小,零件复杂程度低的比例
+专用机床承担的是零件批量大,零件复杂程度中等的比例
+数控机床承担的是零件批量大,零件复杂程度高的比例
从图B看出
+普通机床在制造零件数量少时,制造费用最低,随着制造零件数量的增加,制造费用急遽的增加。
原因------效率、工装、刀具、成品率等
+专用机床在制造零件数量少时,制造费用中等,随着制造零件数量的增加,制造费用的增加变为缓慢。
原因------工装、刀具
+数控机床在制造零件数量少时,制造费用高,但随着制造零件数量的增加,制造费用的增加变为更缓慢。
原因------刀具
由图A、图B的分析可以看出,机械制造加工行业中的各种机械产品迅速更新换代,小批量多品种乃至规模化生产,数控加工对于效率和质量保证的重要程度。
围绕数控加工,对数控技术、数控机床、数控系统的组成、数控机床的一般知识、数控加工工艺设计、基本坐标、加工定位基准、加工夹具、数控刀具进行一些简单介绍。
数控技术
数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。
它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。
数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。
现在,数控技术也叫电脑数控技术,目前它是采用电脑实现数字程序控制的技术。
这种技术用电脑按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。
由于采用电脑替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置,使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现,均可通过电脑软件来完成。
数控机床
20世纪40年代末,美国开始研究数控机床,1952年,美国研制出第一台数控铣床,并于1957年投入使用。
我国于1958年开始研制数控机床,1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。
主要是在模具制造行业的应用尤为普及。
;
数控加工是现代制造技术的基础,这一发明对于制造行业而言,具有划时代的意义和深远的影响。
世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展。
数控机床的分类:
针对车削、铣削、磨削、钻削和刨削等金属切削加工工艺及电加工、激光加工等特种加工工艺的需求,开发了各种门类的数控加工机床。
数控机床种类繁多,一般将数控机床分为15大类:
1,数控车床(含有铣削功能的车削中心)
2,数控铣床(含铣削中心)
3,以铣镗削为主的加工中心.
4,数控磨床(含磨削中心)
5,数控钻床(含钻削中心)
6,数控拉床
7,数控刨床
8,数控切断机床
9,数控齿轮加工机床
10,数控激光加工机床
11,数控电火花线切割机床
12,数控电火花成型机床(含电加工中心)
13,数控板村成型加工机床
14,数控管料成型加工机床
15,其他数控机床
数控系统的组成。
数控机床的数控系统通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。
+控制系统用于数控机床的运算、管理和控制,通过输入介质得到数据,对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用;
+伺服系统根据控制系统的指令驱动机床,使刀具和零件执行数控代码规定的运动;
+检测系统则是用来检测机床执行件(工作台、转台、滑板等)的位移和速度变化量,并将检测结果反馈到输入端,与输入指令进行比较,根据其差异调整机床运动;
+机械传动系统是由进给伺服驱动元件至机床执行件之间的机械进给传动装置;
+辅助系统种类繁多,如:
固定循环(能进行各种多次重复加工)、自动换刀
+数控机床伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号,转换成机床移动部件的运动。
数控机床小知识
数控机床是信息技术与机械制造技术相结合的产物,代表了现代基础机械的技术水平与发展趋势。
近年来,我国数控机床工业发展较快,目前已有数控机床生产厂近百家。
为加快我国数控机床工业的发展,更好地满足国民经济发展的需要,国家在制定颁发的《机械工业振兴纲要》中已将重要基础机械列为振兴的四个重点领域之一,而重要基础机械主要就是发展数控机床。
2010年前我国数控机床的发展方针是:
重点抓好六类主机〔数控车床、加工中心、数控磨床、数控锻压机床、数控重型机床和数控精密电加工机床〕,集中突破数控系统;发展普及型,提高可靠性;内外结合,以我为主,实现我国数据控机床产业化。
数控机床具有以下明显特点:
1〕适合于复杂异形零件的加工。
2〕实现电脑控制,排除人为误差。
3〕通过电脑软件可以实现精度补偿和优化控制。
4〕加工中心、车削中心、磨削中心、电加工中心等具有刀库和换刀功能,减少了装夹次数,提高了加工精度。
5〕数控机床使机械加工设备增加了柔性化的特点。
柔性加工不仅适合于多品种、中小批量生产也适合于大批量生产,且能交替完成两种或更多种不同零件的加工,增加了自动变换工件的功能,可实现夜间无人看管的操作。
由几台数控机床〔加工中心〕组成的柔性制造系统〔FMS〕具有更高柔性的自动化制造系统,包括加工、装配和检验等环节。
数控机床可划分为三个层次:
1〕高档型数控机床:
是指加工复杂形状的多轴控制或工序集中、自动化程度高、高度柔性的数控机床。
2〕普及型数控机床:
具有人机对话功能,应用较广,价格适中,通常称之为全功能数控机床。
3〕经济型数控机床:
结构简单,精度中等,但价格廉价,仅能满足一般精度要求的加工,能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹类的零件。
选用数控机床需遵循的原则是:
1〕实用性:
是指明确数控机床来解决生产中的哪一个或哪几个问题。
2〕经济性:
是指所选用的数控机床在满足加工要求的条件下,所支付的代价是最经济的或者是较为合理的。
3〕可操作性:
用户选用的数控机床要与本企业的操作和维修水平相适应。
4〕稳定可靠性:
是指机床本身的质量,选择名牌产品能保证数控机床工作时稳定可靠。
数控加工工艺设计
数控机床加工零件是靠数控指令程序控制完成的。
数控编程是目前CAD/CAPP/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一,其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。
无论是手工编程还是自动编程,在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析,拟订工艺方案,选择合适的刀具,确定切削用量。
在编程中,对一些工艺问题〔如对刀点,加工路线等〕也需要做一些处理。
因此,数控编程的工艺处理是一项十分重要的工作。
一.数控加工的基本特点:
1.数控加工的工序内容比普通机加工的工序内容复杂。
2.数控机床加工程序的编制比普通机床工艺规程的编制复杂。
这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题,如工序内工步的安排、对刀点、换刀点及走刀路线确实定等问题,在编制数控加工工艺时却要认真考虑。
二.数控加工工艺的主要内容
1.选择适合在数控上加工的零件,确定工序内容。
2.分析加工零件的图纸,明确加工内容及技术要求,确定加工方案,制定数控加工路线,如工序的划分、加工顺序的安排、非数控加工工序的衔接等。
设计数控加工工序,如工序的划分、刀具的选择、夹具的定位与安装、切削用量确实定、走刀路线确实定等等。
3.调整数控加工工序的程序。
如选择加工基准、确定参考点,刀具的补偿。
4.分配数控加工中的容差。
5.处理数控机床上部分工艺指令。
三.常用数控加工方法
1.平面孔系零件
常用点位、直线控制数控机床〔如数控钻床〕来加工,选择工艺路线时,主要考虑加工精度和加工效率两个原则。
2.旋转体类零件
常用数控车床或磨床加工。
〔1〕考虑加工效率:
在车床上加工时,通常加工余量大,必须合理安排粗加工路线,以提高加工效率。
实际编程时,一般不宜采用循环指令〔否则,以工进速度的空刀太大〕。
比较好的方法是用粗车尽快去除材料,再精车。
〔2〕考虑刀尖强度:
3,平面轮廓零件
常用数控铣床加工。
应注意:
切入与切出方向控制:
4.立体轮廓零件
用数控加工中心加工。
应注意:
〔1〕考虑工件强度及外表质量:
。
〔2〕考虑机床的插补功能:
基本坐标关系
一般来讲,通常使用的有两个坐标系:
一个是机械坐标系;另外一个是工件坐标系,也叫做程序坐标系。
机械坐标系与工件坐标系的关系
在机床的机械坐标系中设有一个固定的参考点(假设为(X,Y,Z,W,B))。
这个参考点的作用主要是用来给机床本身一个定位。
因为每次开机后无论刀架停留在哪个位置,系统都把当前位置设定为(0,0),这样势必造成基准的不统一,所以每次开机的第一步操作为参考点回归(有的称为回零点),也就是通过确定(X,Y,Z,W,B)来确定原点(0,0)。
为了计算和编程方便,我们通常将程序原点设定在工件或工装上的某一点,也就是选择工件或夹具的某一点的坐标值,并以此点作为〔原点〕零点,建立一个工件坐标系,把这个设定值储存于程序存贮器中,作为零件所有加工尺寸的基准点
原则上尽量使编程基准与设计、装配基准重合。
机械坐标系是机床唯一的基准,所以必须要弄清楚程序原点在机械坐标系中的位置。
加工定位基准的选择:
1、选择基准的三个基本要求:
(1)所选基准应能保证工件定位准确,可靠,装卸方便。
(2)所选基准与各加工部位的的尺寸计算简单。
〔3〕能保证加工精度。
2.选择定位基准6原则:
(1)尽量选择设计基准作为定位基准;
(2)定位基准与设计基准不能统一时,应严格控制定位误差保证加工精度;
(3)工件需两次以上装夹加工时,所选基准在第一次装夹定位能完成主要关键精度部位的加工;
(4)所选基准要保证完成尽可能多的加工内容;
(5)批量加工时,零件定位基准应尽可能与建立工件坐标系的基准重合;
〔6〕需要多次装夹时,基准应该前后统一。
加工夹具确实定:
1.对夹具的基本要求:
(1)夹紧机构不得与刀具干预,加工部位要敞开;
(2)夹具在机床上能实现定向安装;
〔3〕夹具的刚性与稳定性要好。
2.常用夹具种类:
(1)通用夹具:
如虎钳、分度头、卡盘等;
(2)组合夹具:
组合夹具由一套结构已经标准化、尺寸已经规格化的通用元件组合元件所构成;
(3)专用夹具:
专为某一项或类似的几项加工设计制造的夹具;
(4)可调整夹具:
组合夹具与专用夹具的结合,既能保证加工的精度,装夹更具灵活性;
(5)多工位夹具:
可同时装夹多个工件的夹具;
〔6〕成组夹具:
专门用于形状相似、尺寸相近且定位、夹紧、加工方法相同或相似的工件的装夹。
3.加工夹具的选用原则:
〔1〕在保证加工精度和生产效率的前提下,优先选用通用夹具;
〔2〕批量加工可考虑采用简单专用夹具;
〔3〕大批量加工可考虑采用多工位夹具和高效的气压、液压等专用夹具;
〔4〕采用成组工艺时应使用成组夹具;
4.工件在机床工作台上的最正确装夹位置:
工件装夹位置应保证工件在机床各轴的加工行程范围内,并且使得刀具的长度尽可能缩短,提高刀具的加工刚性
刀具知识
刀具是机械制造中用于切削加工的工具,又称切削工具。
广义的切削工具既包括刀具,还包括磨具。
绝大多数的刀具是机用的,但也有手用的。
由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料,所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。
切削木材用的刀具则称为木工刀具。
刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。
中国早在公元前28~前20世纪,就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。
当时的钻头和锯,与现代的扁钻和锯已有些相似之处。
然而,刀具的快速发展是在18世纪后期,伴随蒸汽机等机器的发展而来的。
1783年,法国首先制出铣刀。
1792年,英国制出丝锥和板牙。
有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年,但直到1864年才作为商品生产。
那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的,许用的切削速度约为5米/分。
1868年,英国制成含钨的合金工具钢。
1898年,美国发明高速钢。
1923年,德国发明硬质合金。
采用合金工具钢时,刀具的切削速度提高到约8米/分,采用高速钢时,又提高两倍以上,到采用硬质合金时,又比用高速钢提高两倍以上,切削加工出的工件外表质量和尺寸精度也大大提高。
由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵,为了节省高速钢和硬质合金,刀具出现了焊接和机械夹固式结构。
五十年代美国开始在车刀上采用可转位刀片,不久即应用在铣刀和其他刀具上。
后来又产生陶瓷刀具。
聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。
这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。
现今外表涂层方法把基体材料的高强度和韧性,与表层的高硬度和耐磨性结合起来,从而使这种复合材料具有更好的切削性能。
刀具按工件加工外表的形式可分为五类。
+加工各种外外表的刀具,包括车刀、刨刀、铣刀、外外表拉刀和锉刀等;
+孔加工刀具,包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内外表拉刀等;螺纹加工工具,包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等;
+齿轮加工刀具,包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等;
+切断刀具,包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。
+此外,还有组合刀具。
按切削运动方式和相应的刀刃形状,刀具又可分为三类。
+通用刀具,如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等
+成形刀具,这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状,如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等
+展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件,如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。
各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。
整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上;镶齿结构刀具的工作部分(刀齿或刀片)则镶装在刀体上。
刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。
带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上,借助轴向键或端面键传递扭转力矩,如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。
带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。
车刀、刨刀等一般为矩形柄;圆锥柄靠锥度承受轴向推力,并借助摩擦力传递扭矩;圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具,切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。
很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成,而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。
刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分,包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。
有的刀具的工作部分就是切削部分,如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等;有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分,如钻头、扩孔钻、铰刀、内外表拉刀和丝锥等。
切削部分的作用是用刀刃切除切屑,校准部分的作用是修光已切削的加工外表和引导刀具。
刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种。
整体结构是在刀体上做出切削刃;焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体上;机械夹固结构又有两种,一种是把刀片夹固在刀体上,另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。
硬质合金刀具一般制成焊接结构或机械夹固结构;陶瓷刀具都采用机械夹固结构。
刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。
增大前角,可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形,减小切屑流经前面的摩擦阻力,从而减小切削力和切削热。
但增大前角,同时会降低切削刃的强度,减小刀头的散热体积。
在选择刀具的角度时,需要考虑多种因素的影响,如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工)等,必须根据具体情况合理选择。
通常讲的刀具角度,是指制造和测量用的标注角度在实际工作时,由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变,实际工作的角度和标注的角度有所不同,但通常相差很小。
制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性,必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性,良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等),并不易变形。
通常当材料硬度高时,耐磨性也高;抗弯强度高时,冲击韧性也高。
但材料硬度越高,其抗弯强度和冲击韧性就越低。
高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性,以及良好的可加工性,现代仍是应用最广的刀具材料,其次是硬质合金。
随着数控机床在生产实际中的广泛应用,数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。
在数控程序的编制过程中,要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。
因此,编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量确实定原则,从而保证零件的加工质量和加工效率,充分发挥数控机床的优点,提高企业的经济效益和生产水平。
从切削工艺上可分为:
+车削刀具,分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种;
+钻削刀具,包括钻头、铰刀、丝锥等;
+镗削刀具;
+铣削刀具等。
为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求,近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用,在数量上到达整个数控刀具的30%~40%,金属切除量占总数的80%~90%。
数控刀具与普通机床上所用的刀具相比,有许多不同的要求,主要有以下特点:
⑴刚性好〔尤其是粗加工刀具〕,精度高,抗振及热变形小;
⑵互换性好,便于快速换刀;
⑶寿命高,切削性能稳定、可靠;
⑷刀具的尺寸便于调整,以减少换刀调整时间;
⑸刀具应能可靠地断屑或卷屑,以利于切屑的排除;
⑹系列化,标准化,以利于编程和刀具管理。
数控刀具的选择
数控刀具〔分两大系统:
车削系统和铣镗削系统〕的特点与要求
数控刀具要求精度高、刚性好、装夹调整方便,切削性能强、耐用度高。
合理选用既能提高加工效率又能提高产品质量。
刀具选择应考虑的主要因素
1、被加工工件的材料、性能:
金属、非金属,其硬度、刚度、塑性、韧性及耐磨性等。
2、加工工艺类别;车削、钻削、铣削、镗削或粗加工、半精加工、精加工等。
3、工件的几何形状、加工余量、零件的技术经济指标。
4、刀具能承受的切削用量。
5、辅助因数:
操作间断辅助时间、振动、突然中断等。
合理选择切削用量的原则是,粗加工时,一般以提高生产率为主,但也应考虑经济性和加工成本;半精加工和精加工时,应在保证加工质量的前提下,兼顾切削效率、经济性和加工成本。
具体数值应根据机床参数、切削用量手册,并结合经验而定。
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